1965年，美国加州，仙童半导体。
一位36岁的工程师正在写一篇短文，准备投给《电子学》杂志。
他画了一张图，横轴是年份，纵轴是芯片上的晶体管数量。他标出了几个数据点，然后画了一条线穿过它们。
这条线显示：每过一年，晶体管数量翻一番。
这个工程师叫戈登·摩尔。他写的这篇文章，提出了半导体行业最著名的定律——摩尔定律。
60年过去了，这条定律仍然惊人地准确。
摩尔的观察 #
摩尔当时是仙童半导体的研发总监。他观察了公司生产的几代芯片：
- 1959年：每个芯片上约1个晶体管
- 1962年：每个芯片上约10个晶体管
- 1963年：每个芯片上约30个晶体管
- 1964年：每个芯片上约60个晶体管
- 1965年：每个芯片上约100个晶体管
他发现，晶体管数量大约每年翻一番。
摩尔在文章中预测：这种趋势将持续至少十年。 到1975年，每个芯片上将有65000个晶体管。
当时很多人觉得这是天方夜谭。但1975年，摩尔的预测成真了。
摩尔定律的修正 #
1975年，摩尔修正了他的预测。
他重新分析了数据，发现翻番速度在放缓。他把预测从"每年翻一番"改为"每两年翻一番"。
这就是今天我们说的摩尔定律：芯片上的晶体管数量，每18-24个月翻一番。
这个修正后的定律，在此后的50年里一直成立。
摩尔定律意味着什么？ #
摩尔定律表面上是关于晶体管数量的，但它实际上描述了计算机性能的增长。
晶体管越多，性能越强。 更多的晶体管意味着更强的计算能力、更大的缓存、更多的功能单元。
晶体管越小，速度越快。 更小的晶体管开关速度更快，时钟频率更高。
晶体管越小，功耗越低。 更小的晶体管消耗更少的电力，发热更少。
晶体管越多，成本越低。 虽然芯片制造越来越复杂，但单个晶体管的成本持续下降。
综合起来，摩尔定律意味着：每隔两年，同样的价格可以买到性能翻倍的计算机。
这就是为什么你今天的手机，比20年前最强大的超级计算机还要快。
指数级增长的力量 #
摩尔定律描述的是指数级增长。指数增长的力量常常被低估。
想象一张纸，厚度0.1毫米。如果对折一次，厚度变成0.2毫米。对折两次，0.4毫米。
如果对折42次，厚度是多少？
答案是：超过地球到月球的距离。
这就是指数增长的力量。
摩尔定律也是这样。从1971年英特尔4004的2300个晶体管，到今天苹果M3 Ultra的1340亿个晶体管，增长了约5800万倍。
如果汽车效率也按这个速度增长，今天你可以用一滴油开车绕地球一圈。
摩尔定律的影响 #
摩尔定律对整个科技行业产生了深远影响：
硬件设计：工程师们知道，两年后芯片性能翻倍，所以可以设计更复杂、更强大的产品。
软件开发：程序员们知道，硬件会越来越快，所以可以写更复杂、功能更丰富的软件。
商业模式：企业知道，电子产品会越来越便宜、越来越强大，所以可以规划长期的产品路线。
投资决策：投资者知道，半导体行业有稳定的增长预期，所以愿意投入巨额资金。
摩尔定律成为整个科技行业的"自证预言"——大家都相信它，所以都朝着它的方向努力，结果它就真的实现了。
摩尔定律的极限 #
但摩尔定律能永远持续吗？
物理上，晶体管不可能无限变小。当晶体管小到原子尺度时，量子效应会干扰正常工作。
经济学上，芯片制造越来越复杂，投资越来越大。一座先进的芯片工厂，投资超过200亿美元。
近年来，摩尔定律确实在放缓。晶体管翻番的周期从18个月延长到24个月，甚至更长。
但工程师们找到了新的方法：
3D堆叠：把晶体管堆叠起来，而不是平铺。台积电的3nm工艺已经使用FinFET（鳍式场效应晶体管），GAA（环绕栅极）技术也在推进。
专用加速器：用专用芯片加速特定任务，如AI推理、图形处理。
新材料：探索硅以外的材料，如碳纳米管、石墨烯。
摩尔定律可能会终结，但计算能力的增长不会停止。
英特尔的兴衰 #
摩尔在1968年与罗伯特·诺伊斯一起创办了英特尔。英特尔成为摩尔定律最忠实的践行者。
1970-2000年代，英特尔主导了PC处理器市场。“Intel Inside"成为家喻户晓的广告语。
但2010年代，英特尔开始落后。在移动芯片市场，英特尔输给了ARM架构。在先进制程上，英特尔输给了台积电和三星。
2023年，英特尔宣布将把芯片制造业务分拆出来，向其他公司开放代工。这是英特尔历史上最大的转型。
摩尔已于2023年去世，享年94岁。他见证了摩尔定律从提出到放缓的全过程。
摩尔定律之外 #
摩尔定律描述的是硬件性能的增长。但计算机的发展，还有其他维度的增长：
存储容量：硬盘和闪存的容量增长速度甚至超过摩尔定律。
网络带宽：互联网带宽的增长速度也超过摩尔定律。
算法效率：软件算法的改进有时能带来比硬件更大的性能提升。
数据规模：人类产生的数据量呈指数级增长，推动了AI的发展。
这些增长相互促进，形成了科技发展的正反馈循环。
下一步：操作系统 #
硬件越来越强大，但硬件本身不能直接使用。我们需要软件来控制硬件。
最早期的计算机没有操作系统，程序员直接操作硬件。后来，人们开发了操作系统来管理硬件资源、调度程序运行。
操作系统的发展，是计算机从专业工具变成大众产品的关键。
明天，我们来讲操作系统的起源——UNIX的诞生。
今日知识点 #
摩尔定律（Moore’s Law） 戈登·摩尔在1965年提出的观察：集成电路上的晶体管数量每18-24个月翻一番。这条定律预测了计算机性能的指数级增长，指导了半导体行业几十年的发展。
指数增长（Exponential Growth） 一种增长模式，每过固定时间，数量翻一番。指数增长开始时很慢，但后期增长极快。摩尔定律描述的就是指数增长。
FinFET（鳍式场效应晶体管） 一种3D晶体管结构，栅极像鱼鳍一样包裹沟道。FinFET可以在更小的面积上实现更好的控制，是延续摩尔定律的关键技术之一。
思考题 #
- 摩尔定律已经持续了60年。你觉得它还能持续多久？为什么？
- 如果摩尔定律明天就停止，计算机性能不再增长，你觉得会对科技行业产生什么影响？
明天预告：操作系统的起源——UNIX如何从贝尔实验室的一个小项目变成软件世界的基石？